CC BY
18БИОЛОГИ ЧЕСКИЕ А СПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПО ЧВ
УДК 633.853.52:633.11:631.8:631.4 DOI: 10.25680/S19948603.2022.124.12
МИКРОБОЦЕНОЗНЫЙ СОСТАВ ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В ПОСЕВАХ СОИ И ПШЕНИЦЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ
ВНЕСЕНИИ УДОБРЕНИЙ
В.Т. Синеговская, ак. РАН, Е.В. Банецкая, ФГБНУ Федеральный научный центр
«Всероссийский НИИ сои» 675027, Амурская обл., г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, д. 19 e-mail: valsin 09(a)gmail. com
Исследован микробоценоз луговой черноземовидной почвы в посевах сои и пшеницы при длительном применении удобрений в зависимости от дозы их под культуру и в последействии. Численность функциональных групп микроорганизмов определяли в течение вегетации культур методом посева на твердые питательные среды. Исследованиями микробиологической деятельности в почве установлено, что общая биогенность луговой черноземовидной почвы была выше под посевами пшеницы, чем сои. При этом под соей активнее протекала минерализация, а под пшеницей - трансформация органических остатков в органическое вещество почвы. Азотно-фосфорные удобрения, при их внесении под сою, стимулировали развитие иммобилизаторов азота в фазе образования бобов и снижали численность микромицетов от фазы цветения до фазы образования бобов. Применение азотных удобрений под пшеницу способствовало повышению количества аммонификаторов и иммобилизаторов азота в фазы кущения и выхода в трубку, а их последействие обеспечило относительно стабильное состояние почвенного микробо-ценоза в посевах пшеницы.
Ключевые слова: микробоценоз, эколого-трофические группы микроорганизмов, луговая черноземовидная почва, удобрения, соя, пшеница, севооборот, предшественник.
Для цитирования: Синеговская В.Т., Банецкая Е.В. Микробоценозный состав луговой черноземовидной почвы в посевах сои и пшеницы при длительном внесении удобрений//Плодородие. - 2022. - №1. - С. 46-49. DOI: 10.25680/S19948603.2022.124.12.
Микроорганизмы, осуществляя трансформацию растительных остатков и участвуя в формировании структуры почвы, образовании гумуса и его минерализации, играют чрезвычайно важную роль в почвообразовании и сохранении плодородия почвы [1, 3, 7, 15, 16]. При внесении различных видов и доз минеральных и органических удобрений изменяются состав и численность физиологических групп микроорганизмов, что влечет за собой изменение интенсивности и направленности указанных процессов [14]. Это требует изучения микробных сообществ почвы, особенно в условиях длительного применения удобрений в севообороте на луговых черно-земовидных почвах, так как в настоящее время данных по этому направлению исследований крайне мало [8, 9].
Цель наших исследований - изучить микробоценоз луговой черноземовидной почвы в посевах сои и пшеницы при разных дозах удобрений на фоне их длительного внесения.
Методика. Изучение микробиологической активности почвы проводили под посевами сои сорта Сентяб-ринка (2-я культура севооборота) с применением азотно-фосфорных удобрений (табл. 1). Микробоценоз в посевах пшеницы сорта Арюна исследовали при прямом внесении азотных удобрений (3-я культура севооборота) и в их последействии (5-я культура севооборота) в длительном стационарном опыте ФГБНУ ФНЦ ВНИИ сои. Опыт заложен в 1962-1964 г. и имеет трехкратную по-вторность во времени и пространстве, общая площадь делянки 180 м2, учетная - 60 м2.
Почва опытного участка - луговая черноземовидная маломощная тяжелосуглинистая. Краткая агрохимиче-
ская характеристика пахотного слоя почвы: рНвод 6,1, рНсол 5,1, гидролитическая кислотность - 3,82 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 26,2 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями - 85-88 %. Почвы этого типа при сравнительно высоких общих показателях плодородия: содержание общего гумуса 4,2 %, валового азота - 0,26, фосфора -0,23 и калия - 1,23 %, характеризуются низкой концентрацией доступных для питания растений форм минерального азота (25-42 мг/кг почвы) и подвижного фосфора (28-32 мг/кг), при очень высоком содержании подвижного калия (170-240 мг/кг).
1. Схема длительного стационарного опыта
Вариант опыта (условное обозначение) Внесено удобрений за ротацию, кг д.в/га Овёс Соя Пшеница Соя Пшеница
Контроль (б/у) - - - - - -
р Рзо РбО РбО - -
N N120 N60 N30 N30 - -
ОТ N120^150 N60P30 N30P60 N30 РбО -
ОТ интенсивный N210^240 N60P60 N60P90 N60P90 - N30
ОТ + навоз N120^150 + навоз, 24 т/га N60P30 + Навоз, 12 т/га N30P60 N30 Рб0 + навоз, 12 т/га -
Численность функциональных групп микроорганизмов в свежих почвенных образцах, отобранных по фазам развития культур, устанавливали методом посева
на твердые питательные среды по Коху с разведением почвы по Пастеру: аммонификаторы азота - на мясо-пептонном агаре (МПА), иммобилизаторы азота и ак-тиномицеты - на крахмало-аммиачном агаре (КАА), микроскопические грибы - на среде Чапека [9].
Результаты и их обсуждение. Изучение почвы под посевами сои показало, что наибольшая общая численность микроорганизмов на фоне ЫР и ЫР + навоз наблюдалась в фазе образования бобов, в остальных вариантах - в фазе цветения (рис. 1).
Цветение Образование бобов Налив бобов
■ Контроль ^Р иКР ИКР интенсивный а]\ГР+навоз
Рис. 1. Общая численность микроорганизмов луговой черноземовид-ной почвы в посевах сои при действии удобрений (среднее за 2019-2020 г.)
Так как в пахотном слое луговой черноземовидной почвы в микробном ценозе преобладают микроорганизмы, потребляющие минеральные источники азота, изменение динамики общей численности зависит от их количества. В фазе цветения в вариантах со средними дозами удобрений число иммобилизаторов было существенно ниже (на 4,3-9,3 млн КОЕ), чем в контрольном варианте, а при повышенных дозах оставалось на уровне контроля (табл. 2).
Возможно, это связано с усиленным выносом азота растениями сои из почвы, так как в этой фазе соя еще не образовала достаточного количества клубеньков для полного обеспечения себя биологическим азотом [6]. Поэтому между микроорганизмами и растениями происходила конкурентная борьба за элементы питания. К фазе образования бобов конкуренция за минеральный азот снижалась, и численность амиллолитиков возрастала, особенно на фоне длительного применения орга-номинеральных удобрений - на 18,9 млн КОЕ/г почвы. Показатель численности аммонификаторов азота во все фазы роста и развития сои был близок к данным контрольного варианта. Увеличение в 1,6 раза отмечено только на фоне повышенных доз азотно-фосфорных удобрений в фазе цветения.
Применение удобрений в дозе Р«, снизило численность микроскопических грибов в период от фазы цветения до образования бобов на 11-38 %, а использование дозы Ы3()РГ<) - на 24-42 %. Грибы, наряду с бактериями, являются основными разрушителями корнепожнивных остатков растений [11, 12]. Однако среди них чаще встречаются фитопатогенные виды, поэтому снижение их количества может способствовать улучшению фито-санитарного состояния почвы [13]. При внесении Н,()Ру() в указанный период содержание грибов было на уровне контрольного варианта, а к фазе налива бобов превысило его на 9,8 тыс. КОЕ/г почвы. Исследования показывают, что, благодаря большей численности грибов и бактерий, потребляющих органические формы азота, в варианте с длительным применением повышенных доз азотно-фосфорных удобрений к фазе налива бобов формируется больше легкоразлагаемого органического вещества, чем при других системах удобрения.
2. Численность эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов по фазам развития сои и пшеницы _при действии удобрений_
Вариант Аммонификаторы Иммобилизаторы Акти-номи-цеты Грибы, тыс. КОЕ/г почвы Кмин кт
млн КОЕ/г почвы
Соя, среднее за 2019, 2020 г. Цветение
Контроль (б/у) 3.0 21.0 0.22 43.7 7.0 3.5
Р 3.9 16.7* 0.33 39.1 4.5 5.0
ОТ 4.0 14.5* 0.16 25.2* 3.7 5.0
ОТ интенсивный 4.7* 17.3 0.25 33.8 3.6 6.1
ОТ + навоз 3.4 11.7* 0.16 26.1* 3.5 4.4
НСРо, 1.1 4.2 0.22 11.6
Образование бобов
Контроль (б/у) 4.2 11.4 0.10 27.9 2.8 6.0
Р 4.1 12.0 0.06 17.4* 2.9 5.7
ОТ 3.1 17.7 0.15 28.3 5.5 3.8
ОТ интенсивный 4.4 14.3 0.21 24.8 3.2 5.9
ОТ + навоз 3.1 30.3* 0.21 21.3* 9.9 3.7
НСРо, 1.4 9.1 0.14 6.3
Налив бобов
Контроль (б/у 3.2 10.8 0.10 26.5 3.6 4.3
Р 4.2 10.4 0.12 22.2 2.7 5.9
ОТ 4.5 8.8 0.10 19.4 2.1 7.3
ОТ интенсивный 4.4 9.8 0.10 36.3* 2.5 6.5
ОТ + навоз 4.1 10.0 0.14 30.5 2.5 6.0
НСРо, 1.2 2.4 0.14 8.5
Пшеница, среднее за 2014, 2016, 2021 г. До посева и внесения удобрений
Контроль (б/у) 3.0 5.3 0.16 32.3 1.9 5.1
N + N30 5.0* 13.6* 0.77 44.4* 2.9 7.2
ОТ + N30 7.2* 15.1* 0.79 43.7* 2.1 10.4
ОТ + навоз + N30 6.6* 12.1* 0.61 52.8* 2.1 9.8
НСРо, 1.8 5.5 0.67 8.8
Кущение
Контроль (б/у) 8.0 18.9 0.40 106.2 2.7 12.0
N + N30 13.5* 24.2 0.72 44.4* 2.8 26.4
ОТ + N30 18.2* 28.2 0.67 46.2* 2.1 41.0
ОТ + навоз + N30 11.9 23.8 0.40 28.0* 2.2 20.3
НСРо, 4.2 9.8 0.31 21.1
Выход в трубку
Контроль (б/у) 7.5 33.1 0.33 19.2 4.8 9.5
N + N30 11.3 28.5 0.76* 36.2* 2.9 18.1
ОТ + N30 8.8 19.8 0.48 31.7* 2.2 14.1
ОТ + навоз + N30 13.6 24.7 0.45 28.8* 1.8 35.7
НСРо, 6.0 10.8 0.29 7.9
Полная спелость
Контроль (б/у) 6.4 12.0 0.51 38.9 2.2 9.9
N + N30 22.7* 15.0 0.69 58.0 1.7 90.9
ОТ + N30 6.2 16.1 0.73 48.7 2.7 9.0
ОТ + навоз + N30 7.1 23.8* 0.88 46.3 3.2 11.2
НСРо, 9.4 8.3 0.33 26.2
Существенные различия по сравнению с контролем, достоверные на 95 %-ном уровне.
Примечание. Км„„ - коэффициент минерализации, Кт - коэффициент трансформации органических остатков.
В течение вегетации сои высокое значение коэффициента минерализации (КМ1Ш) отмечено в почве независимо от дозы удобрения. При этом коэффициенты трансформации органических остатков [Кх = (МПА+КАА) х МПА/КАА] не слишком высоки и зачастую ниже Кшш. Некоторые авторы считают, что близкие к 1 показатели коэффициента минерализации и высокие коэффициенты трансформации свидетельствуют о сбалансированности процессов микробиологической минерализации и синтеза
органического вещества [4]. В нашем исследовании наблюдалось превалирование минерализационных процессов, причем в фазе образования бобов при внесении удобрений они усиливались, а в фазы цветения и налива бобов снижались относительно контроля.
В результате исследования в посевах пшеницы отмечено увеличение общей численности микроорганизмов при внесении N30 по сравнению с неудобренными посе-
вами (рис. 2). Это свидетельствует о том, что азот удобрений, помимо поступления в растения, является питательным субстратом и для почвенной микрофлоры. По литературным данным [2, 5], потребленный микроорганизмами азот удобрений поступает в биологически закрепленный азотный фонд почвы и после минерализации отмершей микробной массы вновь становится доступным для питания растений.
Рис. 2. Общая численность микроорганизмов луговой черноземовидной почвы в посевах пшеницы при действии (среднее за 2014. 2016. 2021 г.)
и последействии (среднее за 2017. 2018. 2021 г.) удобрений
Динамика численности разных групп микроорганизмов по фазам развития пшеницы в среднем за 3 года показала возрастание микробиологической активности в фазы кущения и выхода в трубку при применении удобрений (табл. 3).
Относительно стабильное состояние микробоценоза наблюдалось при последействии удобрений. Увеличение бактерий, грибов и актиномицетов отмечено весной в
почве после возделывания сои, в вариантах, где под сою вносили разные дозы минеральных и органических удобрений. В фазе кущения количество аммонификато-ров было выше на 49-128 % в вариантах с действием удобрений и на 4-39 % с их последействием, чем на контроле. В фазе выхода в трубку этот показатель превышал контроль на 17-81% при внесении удобрений под культуру и на 27-33 % - под предшественник.
3. Численность эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов по фазам развития пшеницы при последействии удобрений
Вариант Аммонификаторы Иммобилизаторы Актиномицеты Грибы, тыс. Кмин кт
млн КОЕ/г почвы КОЕ/г почвы
До посева
Контроль 7.0 13.4 0.39 44.2 2.1 10.7
N 7.9 14.9 0.20 43.8 1.9 12.3
ОТ 9.6 14.0 0.32 47.0 1.4 13.9
ОТ+навоз 8.2 16.5 0.34 44.0 2.0 12.4
НСРо, 2.7 6.3 0.20 28.2
Кущение
Контроль 5.6 15.6 0.29 43.1 2.9 7.6
N 7.8 19.2 0.39 55.4 3.0 13.9
ОТ 5.6 15.4 0.20 40.0 3.0 7.7
ОТ+навоз 5.8 20.1 0.48 65.0 3.5 7.4
НСРо, 2.7 8.3 0.22 30.0
Выход в трубку
Контроль 4.9 9.9 0.23 40.6 2.0 7.9
N 6.5 23.7* 0.29 26.4 3.2 10.0
ОТ 4.8 16.3 0.26 33.6 3.3 6.9
ОТ+навоз 6.2 21.8* 0.43 35.4 3.3 9.8
НСРо, 2.0 8.2 0.16 20.2
Полная спелость
Контроль 4.9 14.6 0.55 42.4 3.0 7.0
N 6.7 15.0 0.35 54.9 3.5 11.1
ОТ 4.7 14.1 0.28 50.3 3.4 6.6
ОТ+навоз 7.8* 19.7 0.43 51.6 3.0 11.5
НСРо, 2.3 8.4 0.23 20.1
Существенные различия по сравнению с контролем, достоверные на 95 %-ном уровне.
Численность иммобилизаторов азота имела схожую динамику, за исключением фазы выхода в трубку при внесении азотных удобрений (3-я культура севооборота). Исходя из того, что максимальное количество микроорганизмов, потребляющих минеральные формы азота, на контроле отмечено в фазе трубкования, можно предположить, что применение азотных удобрений способствует ускорению роста численности иммобилизаторов в более ранние фазы.
Численность микроскопических грибов при внесении N30, в посевах как сои, так и пшеницы, в фазе кущения снижалась на 60,0-78,2 тыс. КОЕ/г почвы, но уже в фазе выхода в трубку ингибирующее действие исчезало и наблюдалось увеличение их количества на 9,6-17,0 тыс. КОЕ/г почвы. В посевах пшеницы, идущей 5-й культурой севооборота, существенных изменений по содержанию микромицетов не выявлено.
Анализ показателей коэффициентов минерализации (Кмин) и трансформации органических соединений (Кх) в контрольных вариантах выявил, что минерализационные процессы в посевах пшеницы протекали слабее, а процессы синтеза органического вещества - сильнее, чем в почве под соей. В течение вегетации пшеницы в вариантах с длительным применением удобрений интенсивность трансформации растительных остатков увеличилась относительно контроля. Причем при прямом их действии в большей степени (Кх = 9,0-90,9), чем в последействии (Кх = 6,6-13,9).
Выводы. 1. Общая численность микроорганизмов в почве под посевами пшеницы в среднем за вегетацию на 9 % выше, чем под посевами сои.
2. Внесение азотно-фосфорных удобрений снижало численность микроскопических грибов в посевах сои от фазы цветения до фазы образования бобов и повышало количество иммобилизаторов в фазе образования бобов.
3. В посевах пшеницы применение азотных удобрений существенно повышало содержание в почве всех эколого-трофических групп микроорганизмов в течение вегетации культуры, особенно в период кущения-выхода в трубку, в вариантах с последействием удобрений отмечена лишь тенденция к повышению.
4. В луговой черноземовидной почве под посевами сои активнее протекала минерализация, а под пшеницей
- трансформация органических остатков в органическое вещество почвы.
Литература
1. Андронов Е.Е. Иванова Е.А., Першина Е.В. и др. Анализ показателей почвенного микробиома в процессах, связанных с почвообразованием, трансформацией органического вещества и тонкой регуляцией вегетационных процессов // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. - 2015. - № 80. - С. 83-94.
2. Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М., Доросинский Л.М. м др. Биологические основы плодородия почвы. - М.: Колос, 1984. - 287 с.
3. Звягинцев Д.Г., Бабъева И.Л., Зенова Г.М. Биология почв. - М.: Изд-во МГУ, 2005.-445 с.
4. Зинченко М.К. Мониторинг почвенно-биологических процессов в серой лесной почве по микробиологическим и биохимическим показателям // Владимирский земледелец. - 2020. - № 1(91). - С. 34-39.
5. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и плодородие почвы. - М.: Изд-во АН СССР, 1956.-247 с.
6. Синеговская В.Т., Ануфриева И.В., Урюпина А.А. Влияние обеспеченности растений минеральным азотом на развитие симбиотическо-го аппарата и урожайность сои // Достижения науки и техники АПК.
- 2020. - Т. 34. - № 6. - С. 28-32.
7. Соколова ТА. Роль почвенной биоты в процессе выветривания минералов // Почвоведение. - 2011. - № 1. — С. 64-81.
8. Степкина Р.Н. Эффективность систематического применения удобрений в севообороте на лугово-черноземовидных почвах Приамурья. - Благовещенск: ДальГАУ, 2001. - 146 с.
9. Тилъба В.А. О численности микроорганизмов в почве соевых полей // Сб. науч. тр. Вопросы численности, биомассы и продуктивности почвенных микроорганизмов. - JL: Наука, 1972. - С. 236-239.
10. Титова В.И., Козлов А.В. Методы учета численности и биомассы микроорганизмов почвы. - Нижний Новгород: Изд-во НГСХА, 2011. -40 с.
11. Фрунзе Н.И. Биомасса почвенных микроорганизмов в пахотных черноземах Молдовы // Сельскохозяйственная микробиология. -2013.-№3,-С. 92-99.
12. Щур А.В., Валъко В.П., Виноградов Д.В. Влияние способов обработки почвы и внесения удобрений на численность и состав микроорганизмов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. -2015. -№3. - С. 41-44.
13. Ямалиева А.М., Замятин С.А., Максуткин С.А. Роль удобрений в формировании почвенной микрофлоры при возделывании озимой пшеницы // Вестник Марийского государственного университета. -2016. - Т. 2. - № 2 (6). - С. 61-64.
14. Chu Н., Lin X., Fujii Т., et al. Soil microbial biomass, dehydrogenase activity, bacterial community structure in response to long-term fertilizer management // Soil Biology & Biochemistry. - 2007. - V. 39. - P. 29712976.
15. Condron L., Stark C., O'Callaghan M. et al. The role of microbial communities in the formation and decomposition of soil organic matter // Soil Microbiology and Sustainable Crop Production. - 2010. - P. 81-117.
16. Schulz S., Brankatschk R., DumigA., et al. The role of microorganisms at different stages of ecosystem development for soil formation // Biogeo-sciences. - 2013. - V. 10. - P. 3983-3996.
MICROBOCENOSIS COMPOSITION OF MEADOW CHERNOZEM-LIKE SOIL IN SOYBEAN AND WHEAT CROPS WITH LONG-TERM
APPLICATION OF FERTILIZERS
V. T. Sinegovskaya, Chief Scientific Officer, Academician of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Agricultural Sciences, Professor E. V. Banetskaya, research associate FSBSIFRC «AU-Russian Scientific Research Institute of Soybean» 675027, Russia, Amur region, Blagoveshchensk, Ignatievskoe shosse, 19 e-mail': valsin09(a)gmaiLcom
The microbocenosis of meadow chernozem-like soil in soybeans and wheat was investigated with prolonged use offertilizers, depending on the dose of their application under the crop and in the aftereffect. The number offunctional groups of microorganisms was determined during the growing season of crops by sowing on solid nutrient media. Studies of microbiological activity in the soil established that the total biogenicity of meadow chernozem-like soil was higher under wheat than soybeans, while mineralization proceeded more actively under soybeans, and under wheat - the transformation of organic residues into soil organic matter. Nitrogen-phosphorus fertilizers, when applied under soybeans, stimulated the development of nitrogen immobilizers in the phase of bean formation and reduced the number of micromy-cetes in the phases of flowering and bean formation. The use of nitrogen fertilizers for wheat contributed to an increase in the amount of ammonifiers and immobilizers of nitrogen during the tillering and stemming phases, and their aftereffect ensured a relatively stable state of the soil microbial community in wheat crops.
Key words: microbocenosis, ecological-trophic groups of microorganisms, meadow chernozem-like soil, fertilizers, soybeans, wheat, crop rotation, predecessor.
